3種人工濕地的構(gòu)建及其對養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水的治理效果

張家宏　韓光明　王桂良

摘要 本文構(gòu)建了“壅菜—鴨—魚”“池塘—凈化池—水濕生植物”和“池塘—‘四水（水禽、水產(chǎn)、水生蔬菜、水稻）生態(tài)種養(yǎng)”3種類型的人工濕地，明確了資源的優(yōu)化配置，研究了各人工濕地模式治理養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水的效能；建立了江蘇省農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)，為養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水的資源化循環(huán)利用和避免隨意排放造成水污染提供了技術(shù)支持和示范樣板。

關(guān)鍵詞 人工濕地；構(gòu)建；養(yǎng)殖池塘；富營養(yǎng)化水；治理；資源配置

中圖分類號 X52；X714 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）21-0180-03

Abstract The paper constructed three kinds of artificial wetlands，such as "water spinach-duck-fish" "aquaculture pond-purifying pond-aquatic plant" "aquaculture pond-four hydrobiontes（waterfowl，aquatic products，aquatic vegetables，rice）ecological planting-breeding"，cleared the optimization of resources allocation of these artificial wetlands，and researched their functions of governance of eutrophied pond water.Furtherly，the agricultural standardization demonstration area of Jiangsu Province was set up，to provide technical support and demonstration model for the resource recycling as well as avoiding water pollution caused by arbitrary discharged eutrophied water in aquaculture ponds.

Key words artificial wetland；construction；aquaculture ponds；eutrophied water；governance；resources allocation

我國養(yǎng)殖池塘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大多只有生產(chǎn)功能而嚴(yán)重缺乏有效的水體自凈功能。當(dāng)前，利用生態(tài)修復(fù)方法促進(jìn)池塘養(yǎng)殖水質(zhì)凈化，已成為社會和水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)共同關(guān)注的重要問題[1-2]。近年來，在江蘇省里下河地區(qū)構(gòu)建了“壅菜—鴨—魚”[3]“池塘—凈化池—水濕生植物”和“池塘—‘四水[1]（水禽、水產(chǎn)、水生蔬菜、水稻）生態(tài)種養(yǎng)”3種類型的人工濕地，并開展了資源的優(yōu)化配置和治理養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水的效能研究，取得了顯著成效。在高郵送橋鎮(zhèn)建立了江蘇省農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)，加速了相關(guān)技術(shù)的推廣應(yīng)用，為養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水的資源化循環(huán)利用和避免隨意排放造成水污染提供了技術(shù)支持[1，4]，同時為配合區(qū)域性“江淮生態(tài)大走廊”的建設(shè)提供了示范樣板。

1 “壅菜—鴨—魚”生態(tài)種養(yǎng)人工濕地

1.1 人工濕地的構(gòu)建

1.1.1 土地資源的優(yōu)化配置。實(shí)施區(qū)域的規(guī)劃布局，區(qū)域面積為100 hm2時，養(yǎng)殖池塘及鴨水上運(yùn)動場面積為90 hm2，鴨舍、圍欄、陸上運(yùn)動場地等配套設(shè)施占用3 hm2，道路、灌排水系、綠化等基礎(chǔ)設(shè)施占用7 hm2。

1.1.2 養(yǎng)殖池塘水面的合理布局。每個養(yǎng)殖池塘以1～2 hm2為宜，池深在2.5 m以上、水深1.5～2.0 m，塘埂坡度一般為1.0∶1.5～2.0。池塘水面的20%～30%用作鋪設(shè)浮床生長壅菜，10%左右用網(wǎng)圍起作為鴨的水上運(yùn)動場。

壅菜浮床搭建浮床一般用網(wǎng)片、尼龍繩和竹竿等建成，網(wǎng)片可選擇建筑施工用的防護(hù)網(wǎng)，規(guī)格為1.8 m×6.0 m較好，四周邊緣有用于穿繩固定的網(wǎng)孔。用尼龍繩拉緊網(wǎng)片浮床，并在水面完全展開，固定在立于水面的竹竿上。每條浮床之間應(yīng)留有足夠空間，便于人工乘船適時采收壅菜。

鴨的水上運(yùn)動場圍網(wǎng)構(gòu)建按1只/m2圍一片水域作鴨的水上運(yùn)動場。圍網(wǎng)上部高出水面60 cm左右，下部距離水底約40 cm，便于魚類從網(wǎng)底游入鴨的水上運(yùn)動場區(qū)域攝食。如此既減小鴨群對魚群的干擾，避免鴨群取食壅菜，也便于鴨的日常管理。

1.1.3 養(yǎng)鴨量控制與鴨舍搭建。魚池塘的放鴨量一般以50～60只/hm2為宜，這是因?yàn)榉砒嗊^多會驚擾魚群和敗壞水質(zhì)。一般70～80 d養(yǎng)成，可養(yǎng)2期。鴨舍按6～8只/m2的容量搭建在地勢較高且平坦的池塘堤埂上，四周用竹、木圍筑，用石棉瓦蓋頂，能遮陽擋雨、通風(fēng)透氣。地面墊上塑料薄膜，并延伸到水面，以減少鴨子下水上欄對塘埂的破壞。在鴨舍周邊按2只/m2的標(biāo)準(zhǔn)圍一塊旱地作鴨的陸上運(yùn)動場，網(wǎng)高60 cm左右，圍網(wǎng)下綱埋入土中。

1.1.4 養(yǎng)魚的品種和數(shù)量控制。魚種一般選擇非草食性魚類。5月上旬放魚苗，放養(yǎng)魚苗大小一般以當(dāng)年養(yǎng)成上市為佳。如鰱魚、鳙魚約20尾/kg，鯉魚約10尾/kg，鯽魚、團(tuán)頭魴約50尾/kg等，也可放養(yǎng)一定量的小苗作翌年的魚種。鰱魚、鳙魚的放養(yǎng)比例占45%，鯉魚、團(tuán)頭魴、鯽魚的放養(yǎng)比例占55%。魚種放養(yǎng)密度以30 000尾/hm2左右為宜。

1.1.5 壅菜的栽培。5月中、下旬，當(dāng)壅菜幼苗長至3～4片葉，株高達(dá)12～15 cm時即可移栽。移栽時，用剪刀在網(wǎng)片上戳小孔，大小以剛好能夠塞進(jìn)苗根為宜，株行距以15～20 cm為宜。

1.2 治理效果

1.2.1 試驗(yàn)經(jīng)過。2015年5月在高郵市送橋鎮(zhèn)建立了“壅菜—鴨—魚”生態(tài)種養(yǎng)人工濕地示范點(diǎn)。選擇2個池塘用于試驗(yàn)，其中1個為“壅菜—鴨—魚”組，種植壅菜，放養(yǎng)鴨、魚；1個為單養(yǎng)魚對照組。池塘面積均為1.8 hm2?！佰詹恕啞~”組池塘中，種植壅菜的浮床網(wǎng)片面積占池塘水面的20.2%，放養(yǎng)1 150只鴨苗，2個池塘放養(yǎng)相同魚苗，分別是鰱魚（7.14 g/尾）2 250尾/hm2，鳙魚（41.67 g/尾）1 500尾/hm2，鳊魚（1.92 g/尾）4 725尾/hm2，鯽魚（2.85 g/尾）24 525尾/hm2。魚日投餌量為魚體重的2%～5%。鴨養(yǎng)至8月底繼續(xù)作產(chǎn)蛋鴨飼養(yǎng)，日投飼量為150 g/只。魚和鴨均按正常飼養(yǎng)管理。適時取水樣和池塘底泥土樣進(jìn)行有關(guān)參數(shù)指標(biāo)測試分析。endprint

1.2.2 池塘水質(zhì)指標(biāo)的檢測與影響。在池塘水體富營養(yǎng)化較嚴(yán)重的9月，每間隔1周跟蹤測定（9：00—10：00取水樣）水體溶解氧、化學(xué)耗氧量、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總磷、磷酸鹽等指標(biāo)（表1）。結(jié)果表明，在水體化學(xué)耗氧量指標(biāo)方面，“壅菜—鴨—魚”組數(shù)值為18.00～30.00 mg/L，平均為24.33 mg/L，而單養(yǎng)魚組的為27.00～54.00 mg/L，平均高達(dá)40.33 mg/L，前者比后者降低39.7%；在水體養(yǎng)分方面，“壅菜—鴨—魚”組也比單養(yǎng)魚顯著降低，其中氨氮降低幅度為64.7%～81.5%、亞硝酸鹽氮降低幅度為57.1%～83.3%、總磷降低幅度為41.2%～76.7%、磷酸鹽降低幅度為54.5%～84.2%；從水體溶解氧指標(biāo)看，“壅菜—鴨—魚”組比單養(yǎng)魚顯著提高，提高幅度為16.1%～16.9%?？梢姡佰詹恕啞~”人工濕地，由于壅菜對水體氮磷養(yǎng)分的持續(xù)吸收，大大降低了水體的氮磷積累，同時，由于鴨的水面活動和壅菜的光合作用等增加了水體的溶解氧含量，顯著降低了池塘水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險，同時，也大大減少了富營養(yǎng)化水的對外排放量，提高了水資源的循環(huán)利用率。

1.2.3 池塘底質(zhì)養(yǎng)分指標(biāo)的檢測與影響。由池塘底泥（9：00—10：00取底泥樣本）的有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷等指標(biāo)檢測結(jié)果（表2），發(fā)現(xiàn)“壅菜—鴨—魚”組的池塘底質(zhì)養(yǎng)分含量顯著低于單養(yǎng)魚組。“壅菜—鴨—魚”人工濕地可以顯著減少有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷等養(yǎng)分物質(zhì)在池塘底部的沉積，與單養(yǎng)魚組對比，有機(jī)質(zhì)減少69.2%～76.1%、總氮減少57.1%～75.7%、總磷減少61.1%～67.9%。由此可見，“壅菜—鴨—魚”人工濕地不易于造成養(yǎng)分在池塘底泥中的積累，提高了飼料的綜合利用率。

2 “池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地

2.1 人工濕地的構(gòu)建

2.1.1 土地資源的優(yōu)化配置。養(yǎng)殖池塘與凈化濕地的面積比一般為10～30∶1。

2.1.2 “池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地的構(gòu)建。三級凈化單元的建設(shè)方案：第一級為養(yǎng)殖池塘淺水濕地建設(shè)；第二級為深水濕地建設(shè)，水深30～60 cm；第三級為過渡回流淺水濕地建設(shè)，水深30 cm以下；凈化池單池長度為5～20 m，單池長寬比為3～5∶1，水深60～80 cm（圖1）。

水流的設(shè)計(jì)采用串聯(lián)自由表面流人工濕地結(jié)構(gòu)，實(shí)際操作時用水泵將一級濕地中的富營養(yǎng)化水泵入凈化池中，以后通過水力坡設(shè)計(jì)，一般為0.1%～0.5%，水體經(jīng)凈化池、二級和三級濕地凈化后，回流至一級濕地被循環(huán)利用。凈化池和二級、三級濕地底部最好輔設(shè)生物炭等基質(zhì)層，污水在基質(zhì)層表面流動時，基質(zhì)可攔截、吸附水體中的部分養(yǎng)分，并被水生植物吸收利用。

水生植物的配置方面，要求種植具有吸收水體養(yǎng)分性能好、成活率高、生長速度快、抗水性強(qiáng)、生長周期長、美觀且具有經(jīng)濟(jì)價值的水濕生植物。如一級和三級濕地區(qū)種植茭白、食用菖蒲、等水生植物；二級濕地和凈化池中種植伊樂藻、輪葉黑藻、苦草、食用菖蒲、荷藕等。一般挺水植物的種植密度為6～15株/m2，浮水植物和沉水植物為3～9株/m2。

2.2 治理效果

2.2.1 試驗(yàn)經(jīng)過。2014年5月，在邗江區(qū)公道鎮(zhèn)構(gòu)建了“池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地，其中養(yǎng)殖池塘面積為11.0 hm2，凈化池和濕地面積為1.2 hm2。在一級濕地岸邊按10株/m2種植了茭白，三級濕地區(qū)按12株/m2相間種植了茭白和食用菖蒲，二級濕地和凈化池中按8株/m2相間種植了伊樂藻、食用菖蒲和荷藕。在4—5月排入凈化池的水力負(fù)荷定為0.25 m3/（m2·d），6—8月水力負(fù)荷定為0.5 m3/（m2·d），9—11月水力負(fù)荷定為0.75 m3/（m2·d），并于每日9：00—10：00在進(jìn)水口和出水口分別取水樣測定化學(xué)需氧量、總氮、總磷。

2.2.2 “池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地的凈化效果。按水力負(fù)荷劃分試驗(yàn)階段，在每個階段進(jìn)行了3種主要污染物凈化效果的參數(shù)測定（表3）?？梢钥闯?，“池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地系統(tǒng)對養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水有較好的凈化效果，對化學(xué)需氧量、總氮、總磷的去除率分別為41.5%～57.7%、36.4%～67.6%、66.7%～71.4%。隨著水力負(fù)荷的增加，對化學(xué)需氧量和總氮的去除率呈增加的趨勢，主要是因?yàn)闈竦刂参锟焖偕L，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能逐步完善，系統(tǒng)的凈化效能得到提高。但是當(dāng)水力負(fù)荷增加到0.75 m3/（m2·d）時，該濕地系統(tǒng)對化學(xué)需氧量、總氮和總磷的去除率略有下降，表明水流再增大可能影響系統(tǒng)對主要污染物的去除效果。

2.2.3 “池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地的可行性。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在6—11月相對高溫時節(jié)，采用0.50～0.75 m3/（m2·d）的水力負(fù)荷，經(jīng)過人工濕地凈化后，化學(xué)需氧量降低50%以上，總氮和總磷去除率達(dá)60%以上，確保了養(yǎng)殖水體的循環(huán)利用。本濕地系統(tǒng)除需要水泵外，不需要其他機(jī)械設(shè)備，系統(tǒng)運(yùn)行能耗低、維護(hù)管理方便。因此，用于“池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地系統(tǒng)，處理養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水，使養(yǎng)殖肥水得到循環(huán)利用，具有可操作性。

3 “池塘—‘四水”生態(tài)種養(yǎng)人工濕地

由于“池塘—‘四水生態(tài)種養(yǎng)”人工濕地模式比較多，如“池塘—‘稻—鴨—魚”[5]“池塘—‘水生蔬菜+鴨”[6-7]“池塘—‘水生蔬菜+克氏原螯蝦”[8-9]“池塘—‘稻—鴨”[9-10]“池塘—‘稻—克氏原螯蝦”[9-10]等。本試驗(yàn)以“池塘—‘一茭兩鴨”生態(tài)種養(yǎng)人工濕地為例，開展了相應(yīng)研究。

3.1 “池塘—‘一茭兩鴨”生態(tài)種養(yǎng)人工濕地的構(gòu)建

3.1.1 土地資源的優(yōu)化配置。區(qū)域面積為10 hm2，茭白種植面積為9 hm2，鴨舍、圍欄、陸上運(yùn)動場地等配套設(shè)施占用0.35 hm2，搭建鴨舍600 m2，道路、水利等基礎(chǔ)設(shè)施占用0.65 hm2。endprint

3.1.2 鴨舍、圍欄、陸上運(yùn)動場構(gòu)建。在茭白田頭空地按6～8只/m2搭建鴨舍。鴨舍一般四周用竹、木圍筑，石棉瓦蓋頂，外圍再用致密尼龍網(wǎng)或塑料薄膜圍起，以防鴨子外逃和天敵入侵。養(yǎng)鴨的茭白田埂四周圍網(wǎng)，每隔1～2 m打1根樁，樁高1 m左右。尼龍網(wǎng)上下綱用尼龍繩作綱繩，將網(wǎng)拉直固定在樁上，圍網(wǎng)下綱埋入土中，地上網(wǎng)高60 cm左右。在鴨舍周邊按2只/m2圍一塊旱地作鴨的陸上運(yùn)動場，網(wǎng)高60 cm左右，圍網(wǎng)下綱埋入土中。

3.1.3 一茭兩鴨的時空耦合。一茭兩鴨指1季茭白田養(yǎng)2期鴨。茭白苗4月上中旬移栽，9月底10月初開始采摘，全生育期190 d左右，經(jīng)育雛10 d的鴨一般飼養(yǎng)70～80 d即可養(yǎng)成成鴨。第1期苗鴨一般在5月下旬茭白分蘗初期施放，第2期苗鴨一般在8月下旬施放，10—11月采收茭白。

3.2 “池塘—‘一茭兩鴨”生態(tài)種養(yǎng)人工濕地治理效果

3.2.1 試驗(yàn)經(jīng)過。2014年在江都區(qū)小紀(jì)鎮(zhèn)紀(jì)西村進(jìn)行試驗(yàn)，共設(shè)置2個處理：①茭白單作人工濕地；②“茭白—鴨”人工濕地。隨機(jī)排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積300 m2（15 m×20 m）。各處理按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥：基肥施用尿素225 kg/hm2，分蘗肥施用尿素300 kg/hm2，調(diào)節(jié)肥施用尿素225 kg/hm2和復(fù)合肥300 kg/hm2，孕茭肥施用尿素300 kg/hm2和復(fù)合肥450 kg/hm2。每次施用肥料前，先落淺田面水位至1～2 cm，然后順行撒施肥料，第2天復(fù)水。所用肥料為尿素（含純N 46%）、復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=15%-15%-15%）。自每次灌溉富營養(yǎng)化水當(dāng)天到灌溉后第1天、第3天和第7天，9：00—10：00采集田間水樣。茭白分蘗深水期和孕茭深水期為需水敏感期，用養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水進(jìn)行集中灌溉，2次用水量和水體氮、磷含量見表4。

3.2.2 “池塘—‘一茭兩鴨”生態(tài)種養(yǎng)人工濕地去除養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水的效果。人工濕地灌溉富營養(yǎng)化水后田面水總氮和總磷的動態(tài)變化情況如圖2所示。2個需水敏感期，在灌溉富營養(yǎng)化水后1 d田面水總氮濃度達(dá)到峰值，平均為100.78 mg/L，之后逐漸下降，第7天總氮濃度降至5.16 mg/L，去除率為94.9%?！耙卉鷥渗啞比斯竦乜偟獫舛缺溶讍巫魅斯竦芈愿?，與鴨糞向田面水中持續(xù)釋放氮素有關(guān)。與田面水總氮濃度變化規(guī)律相似，田面水總磷濃度在灌溉富營養(yǎng)化水后1 d達(dá)到峰值，之后逐漸下降，第7天總磷去除率達(dá)到93.6%。鴨糞供磷的作用導(dǎo)致“一茭兩鴨”人工濕地總磷濃度比茭白單作人工濕地略高?！耙卉鷥渗啞比斯竦剀渍麄€生長期，用養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水約4 600 m3/hm2進(jìn)行灌溉，其輸入的氮磷含量，相當(dāng)于83.5 kg尿素和46.5 kg過磷酸鈣氮磷含量，折合化肥施用量減少40%。養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水通過“一茭兩鴨”人工濕地的消納，排放的田面水都達(dá)到國家淡水池塘養(yǎng)殖水的排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 人工濕地標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)建立

在高郵市送橋鎮(zhèn)江蘇普興循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司的循環(huán)農(nóng)業(yè)示范基地，建立了水生作物綜合種養(yǎng)田消納養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水的農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)[11]，主要示范原位種養(yǎng)一體化人工濕地如“壅菜—鴨—魚”，在原池塘中構(gòu)建浮床種植壅菜、水面養(yǎng)鴨、水下養(yǎng)魚的生態(tài)自我凈化系統(tǒng)，以及異位系統(tǒng)化的人工濕地，如“池塘—凈化池—水濕生植物”和“池塘—‘一稻兩鴨”“池塘—‘一稻兩蝦”“池塘—‘一茭兩鴨”“池塘—‘一茭兩蝦”等。示范區(qū)的建設(shè)將加速人工濕地法生態(tài)治理養(yǎng)殖池塘富營養(yǎng)化水技術(shù)的推廣應(yīng)用，為養(yǎng)殖肥水的資源化循環(huán)利用，避免環(huán)境污染和維護(hù)生態(tài)平衡，為南水北調(diào)東線源頭區(qū)域性“江淮生態(tài)大走廊”的建設(shè)提供典型范例。

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